基于闪电聚类方法的西北太平洋区域雷暴活动特征

利用2010—2018年全球闪电定位网(WWLLN)观测资料, 采用基于闪电密度的空间聚类算法(DBSCAN)建立了西北太平洋地区雷暴数据集, 研究了该区域雷暴的时空分布特征, 并进行海陆差异对比。研究结果表明, 在合理设定DBSCAN参数阈值的条件下, 基于WWLLN闪电聚类的雷暴与天气雷达观测在时空分布和过程演变上具有一致性。西北太平洋区域的日均雷暴数为3 869, 雷暴的闪电密集区平均面积为557.91km2, 平均延展尺度为31.99 km, 平均闪电频次为33 str/(h·thu)。在空间分布上, 东南亚沿海地区与热带岛屿的雷暴活动最强, 南海的雷暴活动强于深海。距离海岸线越近的海域其雷暴面积越大。在季节分布上, 整个区域雷暴活动在夏季(6—8月)达到全年最强, 南海雷暴活动6月达到峰值, 而日本东部近海海域的雷暴活动则在冬季达到最强。我国内陆南方地区雷暴3月开始显著增多, 雷暴平均面积达到最大, 但雷暴平均闪电频次5月才达到峰值。在日变化方面, 陆地雷暴活动呈现典型的单峰型特征, 大部分雷暴发生在午后及傍晚。海洋雷暴日变化则较为平缓, 南海具有其独特的雷暴日变化特征。      

南海雷暴大风时空分布及闪电和对流活动特征北大核心CSCD

利用2019-2020年风云四号气象卫星A星(FY-4A)多通道扫描成像辐射计(AGRI)提供的云顶数据和地基全球闪电定位网(WWLLN)提供的闪电数据,结合MICAPS气象观测站和海洋浮标记录的极大风数据,研究南海区域(5°~30°N,105°~125°E)71次雷暴大风过程的时空分布及其闪电和对流活动特征。结果表明:观测站记录的雷暴大风主要分布在南海北部;雷暴大风主要发生在5-9月,峰值出现在8月,3月发生次数最少;雷暴大风主要发生在07:00-12:00(北京时,下同),10:00频次最高,午后频次减少。雷暴大风闪电密度的极大值分布在广东南部近海区域,且闪电集中发生在距离观测站40~80 km半径范围内;孤立雷暴大风过程首次闪电跃变的发生时刻相对大风峰值时刻超前30 min至2 min。在对流特征方面,在雷暴大风风速峰值时刻,观测站处的云顶亮温为200~220 K,云顶高度为12.5~15 km。孤立雷暴大风云团云顶亮温最低值(即最强对流发生位置)与大风观测站点的距离平均为77.2 km,云顶亮温平均相差2.6 K。     

山东省雷电活动的时空变化特征

利用卫星观测到的闪电资料和山东省雷暴资料对山东省雷电活动进行时空变化特征分析。结果表明,雷暴日的空间分布特征与卫星观测到的闪电密度空间分布大体一致;雷暴日的季节分布特征与卫星观测到的闪电季节分布大体一致;山东省的雷暴日变化具有从20世纪60年代中后期开始,年雷暴日数具有明显的线性减少趋势,并呈现出在波动中下降的特点。     

阿勒泰地区雷暴的气候特征分析

利用1969-2008年阿勒泰地区吉木乃、哈巴河、布尔津、阿勒泰市、福海、富蕴、青河等7个气象站雷暴天气的观测资料,分析了雷暴活动的时空分布特征。结果表明：阿勒泰各地年平均雷暴日数为12~24d,西部比东部多,北部比南部多,高山地区较多,平原地区较少;雷暴天气集中出现在5~8月,各地雷暴的年变化都为单峰型,峰值在7月;各地雷暴日数年代际变化均为线性减少型;小波分析显示出各地雷暴年变化都存在16d的震荡周期;雷电灾害随着社会经济的发展在加重。     

雷暴云特征数据集及我国雷暴活动特征

基于FY-2E气象卫星相当黑体亮度温度（TBB）和云分类数据（CLC）及全球闪电探测网（WWLLN）闪电数据,通过对TBB不超过-32℃的云区进行椭圆拟合,定义1 h内上述云区或椭圆区域有WWLLN闪电发生的个例为雷暴云,获得雷暴云时间、位置、形态、结构、闪电活动等特征参量,构建雷暴云特征数据集,并基于该数据集初步分析了我国陆地和毗邻海域的雷暴活动特征。研究表明:我国华南、西南、青藏高原东、中部和南海雷暴最为活跃,华北和东北地区是北方雷暴活动较强的区域。雷暴活动时间变化海陆差异明显,陆地雷暴活动峰值出现在6—8月,南海雷暴活动一个峰值出现在5月左右,另一峰值出现在8月后,且纬度越低出现越晚。陆地大部分地区雷暴活动在14:00—20:00（北京时）达到峰值,毗邻海域雷暴活动峰值主要出现在早上。雷暴云TBB不超过-32℃面积符合对数正态分布,峰值区间位于1×103~1×104 km2,平均值为3.0×104 km2。南海雷暴云面积最大,陆地上大于雷暴云面积平均值1.2×105 km2的区域主要分布于我国地形的第一阶梯和柴达木盆地。     

北京地区的闪电时空分布特征及不同强度雷暴的贡献

利用北京闪电定位网(BLNET,Beijing Lightning Network)和SAFIR3000(Surveillance et Alerte Foudre par Interometrie Radioelectrique)定位网7年共423次雷暴的闪电资料,并按照雷暴产生闪电多少,同时参考雷达回波和雷暴持续时间,将雷暴划分为弱雷暴(≤1000次)、强雷暴(>1000次且≤10000次)和超强雷暴(>10000次),分析了北京地区的闪电时空分布特征及不同强度等级雷暴对闪电分布的贡献。北京总闪电密度最大值约为15.4 flashes km-2a(^-1),平均值约为1.9 flashes km^-2a(^-1),大于8 flashes km^-2a(^-1)的闪电密度高值区基本分布在海拔高度200 m等高线以下的平原地带。不同强度雷暴对总雷暴闪电总量贡献不同,弱雷暴(超强雷暴)次数多(少),产生的闪电少(多),超强雷暴和强雷暴产生的闪电分别占总雷暴闪电的37%和56%。不同强度雷暴对总雷暴的闪电密度高值中心分布和闪电日变化特征影响显著,昌平区东部、顺义区中东部和北京主城区是总雷暴闪电密度大于12 flashes km-2a(-1)的三个主要高值区中心,前两个高值中心受强雷暴影响大,而主城区高值中心主要受超强雷暴影响。总雷暴晚上频繁的闪电活动主要受超强雷暴和强雷暴影响,这两类雷暴晚上闪电活动活跃,分别占各自总闪电的69%和65%,而弱雷暴闪电活动白天陡增很快,对总雷暴午后的闪电活动影响大。另外,不同下垫面条件闪电日变化差异大,山区最强的闪电活动出现在白天,午后闪电活动增强很快,主峰值出现在北京时间18:00,而平原最强的闪电活动发生在晚上,平原(山麓)的主峰值比山区推迟了约1.5小时(1小时)。     

近50年广东省雷暴、闪电时空变化特征的研究

用1957-2004年广东省24站和1951-2004年曲江、广州、汕头、湛江4站的年、月雷暴、闪电的观测资料，研究了广东省年、月的雷暴日、闪电日的时、空分布特征。对年雷暴日、闪电日的经验正交分解表明，在研究的时间段内。广东省年的雷暴日、闪电日都有明显减少的趋势。广东省平均每10年雷暴日减少4．8天、闪电日减少9．5天。雷暴日和闪电日的趋势变化有明显的区域特征，雷暴日减少最明显的是在广东雷州半岛的湛江、徐闻；广东东南部的雷暴日、闪电日则减少不多。闪电的负趋势比雷暴的负趋势更明显。研究表明，雷暴日、闪电日的长期趋势有明显的季节变化。5-9月是雷暴日、闪电日减少最明显的月份，冬季（12、1、2月）的雷暴日、闪电日略有增加。1983年以后广东冬季的雷暴、闪电比1980年以前更加频繁。广东雷暴、闪电的减少是气候变化的一个反映，它们与广东省雨日的气候变化比较一致。     

强雷暴天气的闪电和雷达回波特征个例分析

利用粤港澳闪电定位系统、广州多普勒天气雷达和自动气象站等资料, 分析了2017年6月2日发生在广州市中北部的一次强雷暴天气过程的地闪变化特征及闪电与雷达回波特征的关系。(1)本次强雷暴天气是华南一起典型的以西南急流和切变线为环流背景的强对流天气过程。在整个雷暴生命史中以负地闪为主, 占69.3%;正闪在雷暴发展的初始和结束阶段占比较大。(2)闪电频数分布与强雷达回波区域存在着较好的对应关系, 闪电活动位置稍有提前, 地闪频数峰值的时间比雷达回波峰值时间平均提前了11.1 min。(3)回波顶高是产生闪电的先决条件, 闪电较多分布在回波顶高9~15 km范围内, 地闪频数峰值落后于回波顶高峰值12~18 min。      

中国雷电活动特征分析

雷电活动资料在国民经济和国防建设中涉及防雷减灾问题上有重要的应用价值,本文对中国672个地面站点1961～2006年的雷暴日资料进行处理分析,同时利用星载闪电探测器(OTD/LISOptical Tran Sient Detector/Lightning Imaging Sensor)的闪电观测资料集(1995～2005年),对中国雷电活动的时空特征进行了再分析,得到以下结果①中国雷暴活动的时空分布;②闪电密度和雷暴日在中国的空间分布存在差异性;③中国和中国不同地区闪电活动的年变化和日变化特征;④中国不同地区包括各省、直辖市、自治区闪电密度的各种特征.     

玉屏县50a雷暴气候特征分析

根据玉屏国家一般气象站1961年1月—2010年12月雷暴观测记录资料,采用最小二乘法对年雷暴日数进行线性模拟,结合5 a滑动平均和累计距平方法,分析玉屏县50 a来年雷暴日数的年、月、日变化特征。得出了如下结论:玉屏县近50 a来年雷暴日数总体上呈减少趋势,历年平均雷暴日数47 d,每10 a平均减少2 d;1985年为年雷暴日数出现转折的年份,但突变分析不显著。雷暴天气在全年均有发生,呈双峰型分布,最大峰值出现在7-8月,平均8.5 d和8.6 d,次大峰值出现在4月,平均7.6 d;夏季是雷暴天气多发季节,雷暴日数占全年的47%,春季是雷暴天气次多发季节,占雷暴日数38%,秋、冬季雷暴天气占8%和7%。一日中雷暴出现的高峰时段12-18 h,以14-16 h出现概率为最大,占26%。雷暴初日有提早趋势,终日有推迟趋势。     

青藏高原东北侧雷电气候特征

选取了青藏高原东北侧临夏站1980—2010年的雷暴观测资料和陇中地区闪电定位仪2006—2010年的闪电观测资料,利用统计学手段对该地区雷电的年际变化、年变化、日变化、首次发生雷暴方向、地闪密度等进行了分析.基本揭示了该地区雷电的发生特征,发现一年中雷电主要发生在夏季,一天中雷电主要发生在下午及傍晚,地闪密度高于中国平均密度.对该地区雷电灾害防灾减灾工作有一定的促进意义.     

揭阳市雷电闪电密度地理分布特征分析

;利用闪电定位资料和气象台站记录的雷暴日资料,对揭阳市闪电密度地理特征进行了分析.研究表明,揭阳市的雷暴频繁高发期主要集中在5～9月,7、8月份尤其显著;闪电密度较大的地区主要在普宁市洪阳地区、大砰地区、揭东县五房地区和揭西县大北山地区,揭阳市区主要在渔湖半岛和仙桥紫峰山区,惠来县闪电密度相对较小,不过雷电流强度较大;雷电流强度大部分在60KA以下.闪电的分布规律与当地环境有很大的关系.     

武汉至广州高速铁路湖北段沿线雷电活动分析

利用湖北省地面雷暴日资料和闪电定位监测资料,采取数理统计方法,对武汉至广州高速铁路湖北段沿线雷电活动进行分析。结果表明：其沿线一年四季均有雷暴发生,且处在湖北省闪电高密度区;夏季平均雷暴日最多,冬季平均雷暴日最少,4-8月闪电次数占全年闪电总次数的91.5%,为闪电集中发生期;一天中闪电次数集中出现在15-19时,也是对流性雷电天气集中发生期和雷电防御关键时段;咸宁北站一带闪电密度最大,雷电活动较频繁,是雷电防御重点地段。     

基于雷达产品阈值与闻雷半径的雷暴过程判别

为向雷暴识别、跟踪和临近预报系统提供贴近台站实际的雷达产品阈值,建立基于雷达观测的雷暴日判别算法,利用雷暴人工观测资料和雷达产品数据构建匹配率模型,采用累积距平法识别匹配率拐点来判定阈值和最优闻雷半径,并计算出回波面积阈值。以常德气象观测站为例应用该方法,结果表明:①雷达产品阈值为38.5 dBz,最优闻雷半径达到25km,大于利用闪电定位数据与人工雷暴日对比得到的半径,回波面积阈值为73km2,经过评估各项阈值取值是合适的;②应用各项阈值结合雷达资料进行雷暴日判别时,需考虑雷暴的季节性变化,常德地区3—8月间应用效果较好;③应用该方法时应根据历史闻雷方位选择较长时间序列的雷达单站或雷达拼图数据样本构建匹配率模型。     

基于大气电场资料的雷电临近预警研究

通过分析深圳地区2012年6—9月17次雷暴过程的电场观测资料,并结合广东省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内(距测站10 km半径范围内),闪电发生前的电场幅值快速增加且伴随有快变抖动的现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现的情况下,电场达到一定阈值并维持一段时间后,防护区内发生闪电的可能性很大.因此根据大气电场的波形特征,提取出与闪电相关性较高的因子,利用多元回归技术建立一套预报方程,根据该预报方程得出最佳预警参数.结果表明:当大气电场阈值达到0.86 kV/m,且在10.73 min内电场能维持在阈值上,并伴随有电场的抖动时,在防护区内发生闪电的可能性很大,预警准确率达53%.     

大气电场资料在雷电预警中应用

通过分析浙江省嵊县地区2007年6-10月12次强雷暴过程的电场观测资料,并结合该省闪电定位资料,发现当雷暴云移近电场仪测站时,在测站的防护区内（距测站10 km半径范围内）,闪电发生前的电场会出现快变抖动现象,并且快变抖动和闪电的发生具有0-1化对应关系,即当有电场的快变抖动出现并且在一定时间内电场值数次达到一定阈值时,电场值会随着时间增加而达到防护区内闪电出现的强度,很少有出现电场快变抖动而没有产生闪电的情况,利用多元回归技术提出雷电预警方法,将12次雷暴过程数据作为预报资料,得出预报方程及电场最佳预警参数。分析结果表明,当闪电集中发生在距电场仪10-15 km范围内,并达到电场仪预警条件时,为最佳预警时间,预警准确率达到73%。     

湖北省雷暴日数与云地闪电密度关系研究

为了研究年雷暴日数与雷击大地年平均密度关系,以满足雷电防护工程设计、雷击风险评估和雷电灾害防御工作需要,采用湖北省ADTD雷电监测定位系统探测的2007--2010年云地闪电资料和雷电监测理论探测效率在95％以上的28个气象台站的年雷暴日数,对台站周围不同半径距离范围内年平均云地闪电次数与年平均雷暴日数进行统计分析。结果表明：在台站周围18～20km范围内,相关系数明显增大,其中18km范围内相关系数最大为0．8521。由此可以认为,观测人员一般只能听到观测站点周围18～20km左右的雷声。经统计计算,拟合年平均雷暴日数与雷击大地年平均密度关系式为：Nc=0．029Td^1.5。通过2011年检验表明,采用拟合方程：Nc=0．029Td^1.5计算各台站雷击大地年平均密度明显优于规范方程：Nc=0．024Td^1.3计算的效果。